專利名稱：分布式電抗天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及天線，并且更具體地涉及低頻天線。
背景技術(shù)：
以下專利文獻(xiàn)被認(rèn)為代表了本領(lǐng)域的當(dāng)前狀態(tài)U. S. 6，097，349 和 U. S. 7，375，695。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明試圖提供一種用于在無線通信設(shè)備中使用的、具有增強(qiáng)的工作帶寬和輻射效率的低頻天線。因此，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例提供了一種包括電容性元件和電感性元件的天線，所述電感性元件具有第一端和第二端，電感性元件的第一端在第一連接點(diǎn)處電連接到饋電點(diǎn)和電容性元件兩者，電感性元件的第二端在第二連接點(diǎn)處電連接到電容性元件，第二連接點(diǎn)相對于第一連接點(diǎn)有空間位移，其中，第一連接點(diǎn)和第二連接點(diǎn)處的電信號彼此異相。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，第一連接點(diǎn)和第二連接點(diǎn)處的電信號之間的相位差顯著大于與第一連接點(diǎn)和第二連接點(diǎn)之間的直線位移相關(guān)聯(lián)的相位差。根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例，電感性元件包括空間分布且相位分布(spatially-and phase distributed)的饋電兀件。優(yōu)選地，電感性元件具有包括天線的工作波長的非平凡部分的電長度。另外地或替選地，電容性元件具有包括天線的工作波長的非平凡部分的電長度。根據(jù)本發(fā)明的又一個優(yōu)選實(shí)施例，天線被形成在印刷電路板(PCB)的介電表面上，該P(yáng)CB優(yōu)選地包括接地面區(qū)域。優(yōu)選地，電感性元件和電容性元件包括PCB表面上的印刷元件。替選地，電感性元件和電容性元件包括三維元件。優(yōu)選地，電感性元件包括圓柱形線圈。優(yōu)選地，電容性元件包括由介電材料分隔開的兩個平行導(dǎo)電板。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，平行導(dǎo)電板具有基本相同的長度，由此使天線的單個工作帶的帶寬變寬。優(yōu)選地，工作帶包括2. 3-3. 7GHz ο根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例，平行導(dǎo)電板具有基本不同的長度，由此使天線的多個工作帶的帶寬變寬。優(yōu)選地，所述多個工作帶包括GSM 900和GSM 1800。優(yōu)選地，天線還包括調(diào)諧部件。優(yōu)選地，調(diào)諧部件包括可變電容器和射頻開關(guān)中的至少一個。優(yōu)選地，使用表面安裝技術(shù)方法將調(diào)諧部件安裝在天線上。優(yōu)選地，天線還包括另外的輻射元件。


根據(jù)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，將會更全面地了解和理解本發(fā)明，在附圖中圖IA和IB是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造和工作的天線的簡化的各自的透視圖和頂視圖；以及圖2A和2B是根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造和工作的天線的簡化的各自的透視圖和頂視圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在，參照圖IA和圖IB，圖IA和圖IB是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造和工作的天線的簡化的各自的透視圖和頂視圖。如圖IA和圖IB所示，提供了包括電感性元件102和電容性元件104的天線100。按照使得電感性元件102和電容性元件104的物理尺寸和有效電長度包括天線100的工作波長的非平凡部分的方式，優(yōu)選地各自在物理上實(shí)現(xiàn)電感性元件102和電容性元件104。通過示例的方式，電感性元件102和電容性元件104可以具有大約等于天線100的工作波長的六分之一和八分之一的各自的有效電長度。天線100由具有這樣的非平凡的物理和電長度的電感性元件和電容性元件形成與由無線設(shè)備傳統(tǒng)上采用的天線結(jié)構(gòu)和阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的小集總元件型電感器和電容器的典型使用直接對比。較大的物理和電尺寸的電抗性元件的使用通過允許電感性元件102用作電容性元件104的空間分布且相位分布的饋電元件而使得天線100具有顯著的操作優(yōu)點(diǎn)，如下面將更詳細(xì)說明的。在圖IA和圖IB示出的實(shí)施例中，電感性元件102被示出為三維柱面螺旋線，電容性元件104被示出為平行板電容器，該平行板電容器優(yōu)選地包括內(nèi)電容器板106、外電容器板108和介電核110。然而，應(yīng)理解電感性元件102和電容性元件104的其它實(shí)施例也是可以的，包括平面的、喇叭形的、錐形的、螺旋形的或彎曲的(meandered)電感結(jié)構(gòu)以及交錯或同軸電容結(jié)構(gòu)。電感性元件102和電容性元件104優(yōu)選地被安裝在印刷電路板(PCB) 112的公共表面上。電感性元件102和電容性元件104優(yōu)選地被形成為三維元件，其通過介電載體被機(jī)械地定位并附接到PCB 112的表面上。替選地，電感性元件102和電容性元件104可以印刷在PCB 112的表面上的介電基底上。PCB 112優(yōu)選地還包括接地面區(qū)域114。天線100優(yōu)選地通過饋電點(diǎn)116饋電,該饋電點(diǎn)116優(yōu)選地與導(dǎo)電饋電干線118鄰接并連接到導(dǎo)電饋電干線118。天線100優(yōu)選地與50歐姆的RF輸入阻抗相容，但是應(yīng)理解天線100可以被配置成與其它輸入阻抗相容。
電感性元件102的第一端優(yōu)選地在連接點(diǎn)120處與饋電點(diǎn)116和內(nèi)電容器板106兩者電接觸。連接點(diǎn)120優(yōu)選地位于導(dǎo)電饋電干線118上，如在圖IA的橫截面A-A處最清楚看出的。電感性元件102的第二端優(yōu)選地在連接點(diǎn)122處與外電容器板108電接觸，如在圖IA的橫截面B-B處最清楚看出的。優(yōu)選地，借助于位于電容器板106和108之間的通孔124來避免電感性元件102的第二端與內(nèi)電容器板106之間的接觸，電感性元件102通過該通孔124。在天線100的操作中，內(nèi)電容器板106和外電容器板108優(yōu)選地用作優(yōu)選地經(jīng)由 連接點(diǎn)120和連接點(diǎn)122通過饋電點(diǎn)116饋電的單極輻射元件。連接點(diǎn)120和122優(yōu)選地在空間上分布，并且由于在電感性元件102的相對端處的它們各自的位置而接收或輻射彼此異相的射頻(RF)信號。優(yōu)選地，連接點(diǎn)120和122處的RF信號之間的相位差實(shí)質(zhì)上大于與點(diǎn)120和122之間的直線位移相關(guān)聯(lián)的相位差。因此，將理解，電感性元件102由于它的尺寸以及它的連接點(diǎn)120和122的布置而用作電容性元件104的空間分布且相位分布的饋電元件。還將理解，電感性元件102、電容性元件104和饋電點(diǎn)116的上述布置有點(diǎn)類似于由交流源驅(qū)動的分布式并聯(lián)電感器-電容器(LC)電路，其中，電感性元件102和電容性元件104 (兩者優(yōu)選地在天線100的工作波長方面具有顯著的物理和電尺寸)的電抗結(jié)合起來產(chǎn)生明顯不同于與小集總元件電感器和電容器相關(guān)聯(lián)的典型諧振響應(yīng)的分布式諧振響應(yīng)。在工作中，由電感性元件102和電容性元件104的凈電抗引起的分布式諧振響應(yīng)補(bǔ)充內(nèi)電容器板106和外電容器板108的固有的單極諧振響應(yīng)，從而導(dǎo)致天線100的總諧振響應(yīng)的顯著增強(qiáng)，由此提高了輻射效率并使天線100的帶寬變寬。此外，電感性元件102和電容性元件104與饋電點(diǎn)116之間的電連接產(chǎn)生天線100與天線100可連接到的收發(fā)器之間的任何頻率的RF信號的低阻抗路徑。這使得天線100區(qū)別于傳統(tǒng)的增強(qiáng)帶寬天線，在傳統(tǒng)的增強(qiáng)帶寬天線中，非電連接的天線元件之間的較高RF阻抗趨于最小化傳導(dǎo)到收發(fā)器的低頻信號能量的部分。因此，天線100對于低頻無線應(yīng)用是特別有利的。如在圖IA和圖IB中看到的，內(nèi)電容器板106和外電容器板108優(yōu)選地具有基本相同的長度并且在很大程度上重疊。該結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了輻射效率并且在關(guān)注的單個相對寬的帶上使天線100的工作帶寬變寬。例如，可以設(shè)計(jì)圖IA和圖IB的天線實(shí)施例以改進(jìn)WiMax工作帶的從2. 3到3. 7GHz的整個范圍的輻射效率。天線100的可實(shí)現(xiàn)帶寬和輻射效率可以通過調(diào)整與電感性元件102和電容性元件104相關(guān)聯(lián)的各種幾何參數(shù)來進(jìn)行修改，由此可以調(diào)整它們的電抗從而調(diào)整分布式諧振。用于調(diào)整電感器和電容器的電抗的方法是本領(lǐng)域中公知的，并且例如包括改變電感性元件102的匝數(shù)或匝間距；以及修改內(nèi)電容器板106和外電容器板108的尺寸或間隔?？梢酝ㄟ^將調(diào)諧部件(如RF開關(guān)和可變電容器)結(jié)合到圖IA和圖IB所示的天線結(jié)構(gòu)中來產(chǎn)生天線100的可調(diào)諧變量?？梢砸苑至⑹奖砻姘惭b技術(shù)(SMT)部件的形式添加這樣的調(diào)諧部件。在調(diào)諧部件會潛在地生成超過天線100所連接的設(shè)備的容許極限的互調(diào)產(chǎn)物的情況下，調(diào)諧部件可以被安裝成最小化凈互調(diào)產(chǎn)物的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由此滿足主機(jī)設(shè)備的設(shè)計(jì)要求。
除了電感性元件102和電容性元件104之外，在天線100中可以包括其它輻射和/或定相元件以滿足主機(jī)設(shè)備的頻率要求。因而天線100會適于在寬范圍的設(shè)備中以及在寬范圍的工作頻率上工作，包括FM、DVB-H、RFID、WiFi和WiMax?？梢酝ㄟ^在饋電點(diǎn)116與連接到收發(fā)器(未示出)的傳輸線的終端之間包括傳統(tǒng)的分立無源部件匹配電路來進(jìn)一步增強(qiáng)天線100的操作?，F(xiàn)在，參照圖2A和2B，圖2A和2B是根據(jù)本發(fā)明的另一個優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造和工作的天線的簡化的各自的透視圖和頂視圖。如在圖2A和圖2B中看到的，提供了包括電感性元件202和電容性元件204的天線200。電容性元件204優(yōu)選地包括由介電核210相互分隔開的內(nèi)電容器板206和外電容器板208。電感性元件202和電容性元件204優(yōu)選地安裝在PCB 212的介電表面上，該P(yáng)CB212優(yōu)選地還包括接地面區(qū)域214。天線200優(yōu)選地通過饋電點(diǎn)216饋電，該饋電點(diǎn)216優(yōu) 選地與導(dǎo)電饋電干線218鄰接并連接到導(dǎo)電饋電干線218。電感性元件202的第一端優(yōu)選地在連接點(diǎn)220處電連接到饋電點(diǎn)216和內(nèi)電容器板206兩者，該連接點(diǎn)220優(yōu)選地位于導(dǎo)電饋電干線218上。電感性元件202的第二端優(yōu)選地在連接點(diǎn)222處連接到外電容器板208。電感性元件202的第二端優(yōu)選地通過它所通過的通孔224來避免與內(nèi)電容器板206接觸。除了內(nèi)電容器板206和外電容器板208的相對長度之外，天線200可以在每個相關(guān)方面與天線100相似。然而，在天線100中，內(nèi)電容器板106和外電容器板108具有基本相同的長度并在很大程度上重疊，在天線200中，內(nèi)電容器板206雖然與外電容器板208部分重疊，但是顯著短于外電容器板208。這兩個電容器板206和208的長度的不同允許每個板以不同的工作頻帶輻射，從而導(dǎo)致雙帶諧振響應(yīng)而不是如天線100中那樣的單個寬帶諧振響應(yīng)。因而天線200例如在提供GSM 850/900/1800/1900工作帶的雙諧振天線響應(yīng)方面會是有利的。應(yīng)理解，雖然在圖2A和圖2B示出的天線200的實(shí)施例中內(nèi)電容器板206被示出為短于外電容器板208,但外電容器板208短于內(nèi)電容器板206的相反設(shè)計(jì)也是可以的。天線200的其它特征和優(yōu)點(diǎn)基本上與以上參照圖IA和圖IB的天線100所描述的一樣。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會理解本發(fā)明不限于下文中具體要求保護(hù)的內(nèi)容。而是，本發(fā)明的范圍包括本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在參照附圖閱讀前面的描述時想到的且不屬于現(xiàn)有技術(shù)的、上文所描述的特征的各種組合和子組合以及它們的修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種天線，包括 電容性元件；以及 具有第一端和第二端的電感性元件， 所述電感性元件的所述第一端在第一連接點(diǎn)處電連接到饋電點(diǎn)和所述電容性元件兩者， 所述電感性元件的所述第二端在第二連接點(diǎn)處電連接到所述電容性元件，所述第二連接點(diǎn)相對于所述第一連接點(diǎn)有空間位移， 其中，所述第一連接點(diǎn)和所述第二連接點(diǎn)處的電信號彼此異相。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線，其中，所述第一連接點(diǎn)和所述第二連接點(diǎn)處的所述電信號之間的相位差顯著大于與所述第一連接點(diǎn)和所述第二連接點(diǎn)之間的直線位移相關(guān)聯(lián)的相位差。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線，其中，所述電感性元件包括空間分布且相位分布的饋電元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線，其中，所述電感性元件具有包括所述天線的工作波長的非平凡部分的電長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的天線，其中，所述電容性元件具有包括所述天線的所述工作波長的非平凡部分的電長度。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線，其中，所述天線被形成在印刷電路板(PCB)的介電表面上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的天線，其中，所述PCB包括接地面區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的天線，其中，所述電感性元件和所述電容性元件包括所述PCB的所述表面上的印刷元件。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的天線，其中，所述電感性元件和所述電容性元件包括三維元件。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的天線，其中，所述電感性元件包括圓柱形線圈。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的天線，其中，所述電容性元件包括由介電材料分隔開的兩個平行導(dǎo)電板。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的天線，其中，所述平行導(dǎo)電板具有基本相同的長度，由此使所述天線的單個工作帶的帶寬變寬。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的天線，其中，所述工作帶包括2.3-3. 7GHz。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的天線，其中，所述平行導(dǎo)電板具有基本不同的長度，由此使所述天線的多個工作帶的帶寬變寬。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的天線，其中，所述多個工作帶包括GSM900和GSM1800。
16.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線，還包括調(diào)諧部件。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的天線，其中，所述調(diào)諧部件包括可變電容器和射頻開關(guān)中的至少一個。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的天線，其中，使用表面安裝技術(shù)方法將所述調(diào)諧部件安裝在所述天線上。
19.根據(jù)權(quán)利要求I所述的天線，還包括另外的輻射元件。
全文摘要
一種包括電容性元件和電感性元件的天線，電感性元件具有第一端和第二端，電感性元件的第一端在第一連接點(diǎn)處電連接到饋電點(diǎn)和電容性元件兩者，電感性元件的第二端在第二連接點(diǎn)處電連接到電容性元件，第二連接點(diǎn)相對于第一連接點(diǎn)有空間位移，其中第一連接點(diǎn)和第二連接點(diǎn)處的電信號彼此異相。
文檔編號H01Q9/00GK102648552SQ201080049228
公開日2012年8月22日 申請日期2010年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月2日
發(fā)明者史蒂夫·克魯帕 申請人:蓋爾創(chuàng)尼克斯有限公司